CN104982731A - 一种废水微藻加工饲料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种废水微藻加工饲料的方法。该方法是将废水培养、收集、沉淀的微藻与玉米皮、枯草芽孢杆菌混匀后，在地面上堆积有氧发酵，利用发酵过程中产生的高温充分杀灭病菌；降温后有氧发酵的微藻物料再与生猪全价配合饲料混合，混合过程中添加植物乳杆菌和长柄木霉，调节水分含量至40-50％，进行厌氧发酵至pH 3.5-5.0时取出饲喂生猪。本发明提高了废水的利用率，降低了微藻的干燥费用，杀灭废水中的病原菌，提高了微藻利用的生物安全性，促进了微藻的饲料化利用。该废水微藻加工的饲料的有益菌含量升高，生猪的生产性能提高。

Description

一种废水微藻加工饲料的方法

技术领域

本发明涉及一种废水微藻加工饲料的方法，属于饲料技术领域。

背景技术

传统化石能源的使用，导致CO₂排放持续增加，由此引起的全球气候变暖问题促使人们寻找CO₂的有效利用方式。理论上认为培养1吨微藻(干重)能够固定约1.83吨CO₂，培养微藻，可以显著改善环境。其实，微藻还是一种优质饲料原料，其(小球藻)蛋白质含量50-60％，脂肪含量4-9％，核酸2-5％，蛋白质效率2.22，纯蛋白质利用性57.1，生物学价值71.6，消化系数79.7。微藻中含有多种营养物质，人们从其中分离出β-胡萝卜素、虾青素、多种不饱和脂肪酸、酶及免疫多糖等。韦启鹏等(2000)报道1％螺旋藻替代鱼粉，可提高断奶仔猪日增质量15.41％，降低料重比9.95％，另外还可增进仔猪食欲，提高采食量3.93％，减少断奶仔猪腹泻的发生。微藻的大规模养殖及饲料化利用，有助于我国温室气体的减排以及缓解我国蛋白质饲料资源的紧缺，促进畜禽养殖业的发展。

目前微藻养殖主要是人工培养或实验室中小规模养殖，如何降低培养成本，成为普遍关心的问题。近十几年，人们对微藻在污水净化和废水处理方面的应用进行了大量开创性研究，发现微藻对废水中可作为营养成分的盐去除效果十分显著，如氮、磷；通过异养代谢可降低废水的COD和BOD；微藻还可富集并降解部分有毒物质，如有机氯农药、有机锡及铜、镍、镉等重金属。利用微藻处理废水，一方面净化了环境中的污染物，另一方面废水作为微藻的培养基，几乎无成本，可以降低微藻培养的成本，显著促进微藻的资源化利用。

目前微藻净化的废水包括：猪场的养殖废水(含有猪粪尿的污水、发酵罐中的沼液)、城市污水、糖浆废水、淀粉废水等。废水微藻饲料化利用时面临的首要问题为生物安全问题，即废水中的病菌对动物的危害。其二，微藻的干燥费用极高。废水中可收获的小球藻的含水量为97％-99％，干燥小球藻是一个能耗极高的加工工序，占整个小球藻能源消耗的30％以上。其三，微藻有一层较厚的含纤维素的细胞壁，影响了畜禽内源酶制剂对微藻的降解利用。目前多采用外源化学方法改变细胞壁，或用煮沸、转筒干燥、喷雾干燥等方法使微藻细胞壁破裂，此举也会造成其中大量热敏活性物质的破坏。

目前我国水污染的治理迫在眉睫，国家正大力实施水体污染控制与治理(2013ZX07103006-007)，重点治理水污染。微藻的深加工及利用有利于废水净化及水资源的高效利用。但是由于废水微藻的饲料化利用存在上述三方面问题，目前尚没有很好的解决方案。

发明内容

本发明克服了上述问题，提供了一种废水微藻加工饲料的方法。该方法首先将废水微藻与玉米皮混合后进行堆积有氧发酵；然后加入植物乳酸菌和长柄木霉进一步厌氧发酵，不仅充分杀死病菌、提高营养物质利用率，还省略微藻的干燥步骤，从而节省了微藻的干燥费用。

本发明的技术方案是：一种废水微藻加工饲料的方法，其特征是，包括以下步骤：

(1)微藻有氧发酵：将废水培养、收集、沉淀的微藻与粉碎的玉米皮按重量比1:2-3混匀，混匀过程中添加枯草芽孢杆菌，然后在地面堆积有氧发酵，堆积高度为80cm以上，呈梯形或圆锥形，检测距地面2/3高度、距物料表面20±2cm深处发酵温度达到≥60℃时，将物料由内向外翻开后重新堆积发酵，堆积后的物料20±2cm处发酵温度再次达到≥60℃时停止，然后将物料摊开降温至15-25℃；

(2)微藻厌氧发酵：将降温后有氧发酵的微藻物料再与生猪全价配合饲料按重量比1:3-5混合，混合过程中添加植物乳杆菌和长柄木霉，调节水分含量至40-50％，进行厌氧发酵，15-25℃下发酵3-5天，检测pH(5％水溶液)3.5-5.0时，取出饲喂生猪。

上述微藻为小球藻、螺旋藻、杜氏藻、栅藻中的一种。废水中微藻的浓度大于2.0g/L时开始收集，要求收集、沉淀后的微藻的干物质含量大于10％。

上述废水为含有畜禽粪尿的污水，或者沼气发酵过程中的沼液。

上述玉米皮的蛋白质含量大于18.0％，水分含量低于15.0％，粉碎粒度为过40目筛。

上述枯草芽孢杆菌的含量≥1.0×10¹⁰cfu/g，添加量为150-200g/吨；植物乳杆菌的含量≥1.0×10¹⁰cfu/g，添加量200-300g/吨；长柄木霉的含量≥1.0×10⁹cfu/g，添加量200-300g/吨。

本发明将含有废水的微藻与玉米皮混合后的微藻物料有氧发酵时，地面2/3高度、距物料表面20cm深处发酵温度达到60℃时(物料更深处的发酵温度达到70℃以上)；发酵高温杀灭病菌。当微藻物料再与生猪饲料混合厌氧发酵时，在厌氧环境及酸性(低pH)环境下进一步抑制了病菌，确保了微藻利用的生物安全，同时利用生物发酵技术处理微藻，省略微藻的干燥步骤，节省了微藻的干燥费用。

本发明的枯草芽孢杆菌分泌的木聚糖酶、葡聚糖酶，长柄木霉分泌的纤维素酶降解微藻的细胞壁，提高了微藻中营养物质的利用率。

本发明的有益效果是：本发明提高了废水的利用率，降低了微藻的干燥费用，杀灭废水中的病原菌，提高了微藻利用的生物安全性，促进了微藻的饲料化利用。该废水微藻加工的饲料的有益菌含量升高，生猪的生产性能明显提高。

具体实施方式

实例1：

利用养猪场猪粪沼气发酵罐中沼液培养杜氏藻，当杜氏藻浓度大于2.0g/L时开始收集、沉淀，沉淀后杜氏藻的干物质含量为10％。将杜氏藻与粉碎过40目筛的玉米皮按重量比1:2.5混匀，混匀过程中按剂量200g/吨添加枯草芽孢杆菌(1.0×10¹⁰cfu/g)，混匀后在地面堆积有氧发酵，堆积高度为90cm，呈圆锥形，底面圆的直径为3.0米。发酵时的环境温度为15℃。发酵第4天时检测距地面2/3高度、距物料表面20cm深处发酵温度达到65℃时(深25cm处物料温度达到76℃)，此时将物料由内向外翻开后重新堆积发酵，堆积高度为仍为90cm，圆锥形，底面圆的直径为3.0米。发酵第6天(第二次堆积发酵的第3天)堆积物料20cm处发酵温度再次达到60℃(此时深25cm处物料温度达到74℃)时停止，然后将物料摊开降温至15℃。

将降温至15℃的杜氏藻物料再与育肥猪全价配合饲料(玉米65％，豆粕12％，麸皮18％，预混料5％，预混料由济南百事得牧业科技有限公司生产)按重量比1:4混合，混合过程中添加植物乳杆菌(含量2.0×10¹⁰cfu/g，添加量200g/吨)、长柄木霉(含量1.5×10⁹cfu/g，添加量300g/吨)，调节水分含量至50％，将混合好的物料装入发酵池，压实后进行厌氧发酵，15℃下发酵4天，检测pH(5％水溶液)4.2，取出饲喂育肥猪。

检测球藻生猪全价配合饲料发酵料中的沙门氏菌、霉菌、大肠杆菌含量皆为0cfu/g，乳酸菌含量为1.3×10¹⁰cfu/g。检测结果表明饲料安全，且有益菌(乳酸菌)含量增加。

在菏泽猪场选择体重62.5±0.5kg杜长大三元杂交猪60头，随机分为对照组和试验组，每组5个重复，每重复6头猪。对照组饲喂玉米豆粕型日粮，试验组为杜氏藻厌氧发酵饲料，玉米豆粕型日粮的配方为玉米65％，豆粕12％，麸皮18％，预混料5％，预混料由济南百事得牧业科技有限公司生产。玉米豆粕型日粮为根据国家猪营养标准(NY/T65-2004)配制，其具体指标均为：消化能13.4MJ/kg、粗蛋白15.0％、赖氨酸0.71％。预饲期7天，正式期42天。整个试验过程中猪在水泥地面上饲养，人工干清粪。试验过程中统计采食量、日增重、料肉比。试验数据采用SAS 9.1软件进行t检验分析。结果如下表1：

表1杜氏藻发酵日粮对猪生产性能的影响

注：*表示差异显著(P＜0.05)。

结果表明发酵饲料显著提高了猪的末重和日增重，降低了料肉比(P＜0.05)，猪末重、日增重分别提高6.03％、6.02％，料肉比降低4.36％，生猪生产性能提高。生猪生产性能提高的原因应该与添加微藻以及发酵日粮中有益菌含量增加有关。由于利用废水培养杜氏藻，微藻培养几乎无成本，且玉米皮的价格远远低于玉米豆粕型日粮(0.92元/kg&2.2元/kg)，养殖效益进一步提高。废水培养微藻后，水质改善，其中COD、BOD以及氨氮等含量分别降低92％、90％、93％，省略了废水的环保治理费用。采用发酵技术处理微藻，再次省略了微藻的干燥费用，进一步节能减排，提高了生态效益和经济效益。

实例2：

利用养猪场的废水培养小球藻，当小球藻浓度大于2.0g/L时开始收集、沉淀，沉淀后小球藻的干物质含量为12％。将小球藻与粉碎过40目筛的玉米皮按重量比1:2混匀，混匀过程中按剂量200g/吨添加枯草芽孢杆菌(1.0×10¹⁰cfu/g)，混匀后在地面堆积有氧发酵，堆积高度为80cm，呈梯形，底面长度为2.0米，宽度为1.5米。发酵时的环境温度为20℃。发酵第三天检测距地面2/3高度、距物料表面20cm深处发酵温度达到62℃时(深25cm处物料温度达到74℃)，此时将物料由内向外翻开后重新堆积发酵，堆积高度仍为80cm，梯形，底面长度为2.0米，宽度为1.5米。发酵第6天(第二次堆积发酵的第3天)堆积物料20cm处发酵温度再次达到60℃(此时深25cm处物料温度达到70℃)时停止，然后将物料摊开降温至20℃。

将降温至20℃的小球藻物料再与生猪全价配合饲料按重量比1:5混合，混合过程中添加植物乳杆菌(含量1.0×10¹⁰cfu/g，添加量200g/吨)、长柄木霉(含量1.0×10⁹cfu/g，添加量200g/吨)，调节水分含量至40％，将混合好的物料装入发酵池，压实后进行厌氧发酵，15℃下发酵5天，检测pH(5％水溶液)5.0，取出饲喂生猪。

实例3：

利用养猪场的废水培养栅藻，当栅藻浓度大于2.1g/L时开始收集、沉淀，沉淀后小球藻的干物质含量为15％。将栅藻与粉碎过40目筛的玉米皮按重量比1:3混匀，混匀过程中按剂量150g/吨添加枯草芽孢杆菌(2.0×10¹⁰cfu/g)，混匀后在地面堆积有氧发酵，堆积高度为100cm，呈圆锥形，底面圆的直径为2.0米。发酵时的环境温度为25℃。发酵第60小时检测距地面2/3高度、距物料表面20cm深处发酵温度达到60℃时(深25cm处物料温度达到72℃)，此时将物料由内向外翻开后重新堆积发酵，堆积高度为仍为100cm，梯形，底面圆的直径为2.0米。发酵第6天(第二次堆积发酵的第3天)堆积物料20cm处发酵温度再次达到60℃(此时深25cm处物料温度达到74℃)时停止，然后将物料摊开降温至25℃。

将降温至25℃的栅藻物料再与育肥猪全价配合饲料按重量比1:3混合，混合过程中添加植物乳杆菌(含量2.0×10¹⁰cfu/g，添加量200g/吨)、长柄木霉(含量1.5×10⁹cfu/g，添加量200g/吨)，调节水分含量至50％，将混合好的物料装入发酵袋，压实后进行厌氧发酵，25℃下发酵3天，检测pH(5％水溶液)3.5，取出饲喂育肥猪。

Claims (6)

1.一种废水微藻加工饲料的方法，其特征是，包括以下步骤：

(1)微藻有氧发酵：将废水培养、收集、沉淀的微藻与粉碎的玉米皮按重量比1:2-3混匀，混匀过程中添加枯草芽孢杆菌，然后在地面堆积有氧发酵，利用发酵过程中产生的高温杀灭病菌；所述枯草芽孢杆菌的含量≥1.0×10¹⁰cfu/g，添加量为150-200g/吨；

(2)微藻厌氧发酵：将有氧发酵后的微藻物料再与生猪全价配合饲料按重量比1:3-5混合，混合过程中添加植物乳杆菌和长柄木霉，调节水分含量至40-50％，进行厌氧发酵，15-25℃下发酵3-5天，检测其5％水溶液的pH 3.5-5.0时开始取出饲喂生猪；所述植物乳杆菌的含量≥1.0×10¹⁰cfu/g，添加量200-300g/吨；所述长柄木霉的含量≥1.0×10⁹cfu/g，添加量200-300g/吨。

2.如权利要求1所述的一种废水微藻加工饲料的方法，其特征是，所述地面堆积有氧发酵为：地面堆积高度为80cm以上，呈梯形或圆锥形；检测距地面2/3高度、距物料表面20±2cm深处发酵温度达到≥60℃时，将物料由内向外翻开后重新堆积发酵，堆积后的物料20±2cm处发酵温度再次达到≥60℃时停止，然后将物料摊开降温至15-25℃。

3.如权利要求1所述的一种废水微藻加工饲料的方法，其特征是，所述废水培养微藻的废水中微藻的浓度大于2.0g/L时开始收集，要求收集、沉淀后的微藻的干物质含量大于10％。

4.如权利要求1所述的一种废水微藻加工饲料的方法，其特征是，所述微藻为小球藻、螺旋藻、杜氏藻、栅藻中的一种。

5.如权利要求1所述的一种废水微藻加工饲料的方法，其特征是，所述废水为含有畜禽粪尿的污水，或者沼气发酵过程中的沼液。

6.如权利要求1-5中任意一项所述的一种废水微藻加工饲料的方法，其特征是，所述玉米皮的蛋白质含量大于18.0％，水分含量低于15.0％，粉碎粒度为过40目筛。